p4学习

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因为最近用到p4，总结一下p4的学习

P4概念

P4由以下部分构成

  • Headers
  • Parsers
  • Tables
  • Actions
  • Control Programs

Headers

用来形容the sequence and structure of a series of fields，包括了字段的宽度和字段值的限制。

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header ethernet {
    fields {
        dst_addr : 48; // width in bits
        src_addr : 48;
        ethertype : 16;
	} 
}
header vlan {
    fields {
        pcp : 3;
        cfi : 1;
        vid : 12;
        ethertype : 16;
	}
}

Parsers

P4用一个transition的集合来表示state machine，用来提取字段的value，然后发送到match+action表。论文给了一个示例

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parser start {
    ethernet;
}

parser ethernet {
    switch(ethertype) {
        case 0x8100: vlan;
        case 0x9100: vlan;
        case  0x800: ipv4;
        // Other cases
	}
}

parser vlan {
    switch(ethertype) {
        case 0xaaaa: mTag;
        case  0x800: ipv4;
        // Other cases
	} 
}
parser mTag {
    switch(ethertype) {
        case 0x800: ipv4;
        // Other cases
    }
}

解析从start state开始。知道一个显式声明的stop state结束（或者遇到一个unhandled case报错）。

遇到一个新的header的state，状态机会提取出header然后继续下一次处理，被提取出的头会被发送到match+action进行处理。

Table Specification

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table mTag_table {
    reads {
        ethernet.dst_addr : exact;
        vlan.vid : exact;
    }
    actions {
        add_mTag;
    }
    max_size : 20000;
}

  • reads属性声明match什么字段，指定match的类型（exact, ternary）等。

  • actions属性列举所有对packet的可能行为

  • max_size属性声明table应该支持多少entries

Action Specifications

P4定义了一堆动作原语。每一个P4程序都通过动作原语定义新的动作。

如上文提到的add_mTag

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action add_mTag(up1, up2, down1, down2, egr_spec) {
    add_header(mTag);
    // Copy VLAN ethertype to mTag
    copy_field(mTag.ethertype, vlan.ethertype);
    // Set VLAN’s ethertype to signal mTag
    set_field(vlan.ethertype, 0xaaaa);
    set_field(mTag.up1, up1);
    set_field(mTag.up2, up2);
    set_field(mTag.down1, down1);
    set_field(mTag.down2, down2);
    // Set the destination egress port as well
    set_field(metadata.egress_spec, egr_spec);
}

如果action需要某些参数，如up1，会由match table在运行的时候提供。

p4的动作原语包括

  • set_field
  • copy_field
  • add_header
  • remove_header
  • increment
  • checksum

The Control Program

主要通过函数、条件、对table的引用来完成。如以下代码完成了对上图的构建。

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control main() {
    // Verify mTag state and port are consistent
    table(source_check);
    // If no error from source_check, continue
    if (!defined(metadata.ingress_error)) {
        // Attempt to switch to end hosts
        table(local_switching);
        if (!defined(metadata.egress_spec)) {
            // Not a known local host; try mtagging
            table(mTag_table);
		}
        // Check for unknown egress state or
        // bad retagging with mTag.
        table(egress_check);
    }
}